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- 光纖傳感器
- 來源：賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2020/12/10
涂層纖維中的超聲波分布圖：Diamandi，London，Bashan和Zadok
光纖使互聯(lián)網(wǎng)成為可能，實際上它們無處不在：地下和海底。光纖不僅僅可以承載信息：它們還是出色的傳感器。纖細的光纖支持超過數(shù)百公里的測量，幾乎可以嵌入任何結(jié)構(gòu)中，可以在危險環(huán)境中運行并承受電磁干擾。
最近，光纖傳感器的一項重大突破促進了液體在玻璃纖維邊界外的映射，即使光纖中的引導光從未直接到達那里。這種看似矛盾的測量是基于光力學的物理原理。光本身的傳播足以在光纖中感應超聲波。這些超聲波繼而可以探測光纖的周圍環(huán)境，類似于醫(yī)學診斷中常見的超聲波成像。以色列Bar-Ilan大學和瑞士EPFL的研究人員分別報告了對數(shù)公里光纖外液體的分析。
迄今為止，所有獲得的結(jié)果都遭受了一個主要缺點：必須先去除薄玻璃纖維的保護性聚合物涂層。如果沒有這種保護性涂層或通常所說的“外套”，直徑為125微米的裸露纖維就沒有太多機會了。人們無法考慮在研究實驗室之外使用幾公里長，未受保護的光纖。不幸的是，標準的纖維涂層是由極其順應性的丙烯酸聚合物內(nèi)層制成的。該層完全吸收了從光纖發(fā)出的超聲波，并防止它們到達被測介質(zhì)。涂層的存在代表傳感器概念必須克服的另一障礙。
保持在水中的1.6公里長涂層光纖中的光機相互作用的映射。相反，浸泡在乙醇中的部分比較突出（較高峰區(qū)域）。
解決此難題的方法是采用不同的合適涂層。市售的纖維也可以用聚酰亞胺制成的外套來保護。最初提出了特定材料來保護高溫纖維。但是，Bar-Ilan和EPFL的最新研究表明，聚酰亞胺涂層還可以提供超聲波的傳輸。其后果是重大的：巴伊蘭大學的研究人員在《應用物理快報-光子學》雜志上發(fā)表的一篇新文章中表示，他們現(xiàn)在能夠?qū)κ鼙Ｗo光纖外部的介質(zhì)進行光機械傳感和分析，從而可以對其進行部署。在適當?shù)那闆r下。
Bar-Ilan大學工程學院的Avi Zadok教授說：“聚酰亞胺涂層讓我們享受到了兩全其美的享受。” “它為光纖提供了一定程度的保護，以及與外界的機械連接�！� Zadok和研究學生Hilel Hagai Diamandi，Yosef London和Gil Bashan對涂層纖維中的光聲相互作用進行了詳盡的分析。關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)支持多種彈性模式，這些模式表現(xiàn)出復雜的耦合動力學。Zadok說：“我們的分析表明，光機械行為比裸光纖要復雜得多�！� “結(jié)果很大程度上取決于涂層厚度和幾何形狀的亞微米公差。必須采用適當?shù)男市问健！?/p>
盡管增加了難度，但已通過實驗證明了液體在包覆纖維外的映射。該小組實現(xiàn)了超過1.6 km的聚酰亞胺涂層光纖的感應，該光纖大部分時間都浸在水中。但是，將200米長的部分保留在乙醇中。測量結(jié)果可區(qū)分兩種液體，并正確放置放置在乙醇中的切片。結(jié)果代表了這一新興傳感器概念的重要里程碑。Zadok教授說：“一種可能的應用是灌溉監(jiān)控。水的存在會改變涂層的性能。我們的測量協(xié)議能夠識別這種變化�！� 正在進行的工作致力于改善測量范圍，分辨率和精度。
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